Nghiên cứu lựa chọn mô hình thủy lực áp dụng cho khu vực nghiên cứu Mike 21

Quảng Bình là một tỉnh thuộc vùng Bắc Trung bộ, dựa lưng vào dãy Trường Sơn hùng vĩ và trông ra Biển Đông rộng lớn. Lãnh thổ của tỉnh nằm trong khoảng từ 16o5508 đến 18o0512 vĩ độ Bắc và từ 105o3655 đến 106o5937 kinh độ Đông. Về phía Bắc, Quảng Bình giáp Hà Tĩnh (136.5 km), phía Nam giáp Quảng Trị (78,8 km), phía Đông giáp Biển Đông với đường bờ biển dài 126 km và phía Tây giáp với tỉnh Khăm Muộn của CHDCND Lào với đường biên giới dài 201.9 km. Cửa Nhật Lệ thuộc địa phận thành phố Đồng Hới, tỉnh Quảng Bình có toạ độ địa lý 17029 vĩ độ Bắc và 106038 kinh độ Đông. Trước khi đổ ra biển, đoạn cửa sông Nhật Lệ từ Quán Hầu cho tới thành phố Đồng Hới, có hướng gần như á kinh tuyến và khi đổ ra biển, cửa sông có hướng Đông Bắc, còn đường bờ biển khu vực cửa sông có hướng Tây Bắc Đông Nam. Vùng hạ lưu của lưu vực sông Kiến Giang là đồng bằng duyên hải, chủ yếu là các cồn cát, bậc thềm, đồi thấp... và xen lẫn giữa chúng là các đồng bằng nhỏ hẹp kéo dài theo thung lũng sông. Nằm trong đới khí hậu gió mùa chí tuyến, á đới nóng ẩm, Quảng Bình có khí hậu mang tính chất chuyển tiếp giữa miền Bắc và miền Nam với nét đặc trưng là vào tháng lạnh nhất, nhiệt độ đã vượt quá 18oC. Tuy nhiên, do front cực đới vẫn còn ảnh hưởng tương đối mạnh, nên vào mùa đông có ngày nhiệt độ xuống khá thấp. Nhiệt độ trung bình năm của Quảng Bình là 24 25oC, tăng dần từ Bắc vào Nam, từ Tây sang Đông. Cân bằng bức xạ năm đạt 70 80 kcalcm2. Số giờ nắng trung bình quân năm khoảng 1.700 2000 giờ. Do địa hình phức tạp nên khí hậu có sự phân hoá rõ theo không gian. Khí hậu Quảng Bình chia làm 2 mùa rõ rệt. Mùa mưa kéo dài từ tháng IX đến tháng XII, với lượng mưa trung bình năm là 2.315mm. So với các tỉnh phía Bắc, mùa mưa đến muộn hơn, cực đại vào tháng X và thường tập trung vào 3 tháng ( IX X XI). Vì thế, lũ lụt thường xảy ra trên diện rộng.

CHUYÊN ĐỀ: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN, PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN

MÔ HÌNH THỦY ĐỘNG LỰC ÁP DỤNG CHO KHU VỰC NGHIÊN CỨU

MỤC LỤC

1 Giới thiệu chung khu vực nghiên cứu 1

1.1 Mạng lưới thủy văn trên hệ thống sông Nhật Lệ 1

1.2 Tình hình lũ lụt trên hệ thống sông Nhật Lệ 5

2 Mô hình thủy văn, thủy lực tính toán ngập lụt 8

2.1 Các mô hình mưa- dòng chảy 8

2.2 Mô hình thủy lực: 9

2.3 Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE FLOOD 13

2.3.1 Mô hình mưa - dòng chảy MIKE - NAM 13

2.3.2 Mô hình MIKE 11 15

2.3.2 Cơ sở lý thuyết mô hình Mike 21 18

2.3.4 Mô hình MIKE FLOOD 20

3 Mô hình phỏ sóng MIKE 21 SW/FM 23

4 Kết luận và kiến nghị 27

DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1 Cấu trúc mô hình Nam 14

Hình 2.2 Sơ đồ sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn Abbott 16

Hình 2.3 Sơ đồ sai phân 6 điểm ẩn Abbott trong mặt phẳng x-t 16

Hình 2.4 Nhánh sông với các điểm lưới xen kẽ 16

Hình 2.5 Cấu trúc các điểm lưới xung quanh điểm nhập lưu 17

Hình 2.6 Cấu trúc các điểm lưới trong mạng vòng 17

Hình 2.8: Các ứng dụng trong kết nối tiêu chuẩn 21

Hình 2.9: Một ứng dụng trong kết nối bên 22

Hình 2.10: Một ví dụ trong kết nối công trình 22

Hình 2: Ví dụ về lưới tính toán sử dụng trong MIKE 21 SW 25

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Sông và hệ thống sông ở Quảng Bình 4

1 Giới thiệu chung khu vực nghiên cứu

1.1 Mạng lưới thủy văn trên hệ thống sông Nhật Lệ

Quảng Bình là một tỉnh thuộc vùng Bắc Trung bộ, dựa lưng vào dãy Trường Sơnhùng vĩ và trông ra Biển Đông rộng lớn Lãnh thổ của tỉnh nằm trong khoảng từ

16o55'08'' đến 18o05'12'' vĩ độ Bắc và từ 105o36'55'' đến 106o59'37'' kinh độ Đông Vềphía Bắc, Quảng Bình giáp Hà Tĩnh (136.5 km), phía Nam giáp Quảng Trị (78,8 km),phía Đông giáp Biển Đông với đường bờ biển dài 126 km và phía Tây giáp với tỉnhKhăm Muộn của CHDCND Lào với đường biên giới dài 201.9 km

Cửa Nhật Lệ thuộc địa phận thành phố Đồng Hới, tỉnh Quảng Bình có toạ độ địa lý 17029' vĩ độ Bắc và 106038' kinh độ Đông Trước khi đổ ra biển, đoạn cửa sông Nhật Lệ từ Quán Hầu cho tới thành phố Đồng Hới, có hướng gần như á kinh tuyến và khi đổ ra biển, cửa sông có hướng Đông Bắc, còn đường bờ biển khu vực cửa sông có hướng Tây Bắc - Đông Nam Vùng hạ lưu của lưu vực sông Kiến Giang là đồng bằng duyên hải, chủ yếu là các cồn cát, bậc thềm, đồi thấp và xen lẫn giữa chúng là các đồng bằng nhỏ hẹp kéo dài theo thung lũng sông

Nằm trong đới khí hậu gió mùa chí tuyến, á đới nóng ẩm, Quảng Bình có khí hậumang tính chất chuyển tiếp giữa miền Bắc và miền Nam với nét đặc trưng là vào thánglạnh nhất, nhiệt độ đã vượt quá 18oC Tuy nhiên, do front cực đới vẫn còn ảnh hưởngtương đối mạnh, nên vào mùa đông có ngày nhiệt độ xuống khá thấp

Nhiệt độ trung bình năm của Quảng Bình là 24 - 25oC, tăng dần từ Bắc vào Nam, từTây sang Đông Cân bằng bức xạ năm đạt 70 - 80 kcal/cm2 Số giờ nắng trung bìnhquân năm khoảng 1.700 - 2000 giờ Do địa hình phức tạp nên khí hậu có sự phân hoá rõtheo không gian

Khí hậu Quảng Bình chia làm 2 mùa rõ rệt Mùa mưa kéo dài từ tháng

IX đến tháng XII, với lượng mưa trung bình năm là 2.315mm So với các tỉnh phía Bắc, mùa mưa đến muộn hơn, cực đại vào tháng X và thường tập trung vào 3 tháng ( IX - X - XI) Vì thế, lũ lụt thường xảy ra trên diện rộng

Trung bình cứ 10 năm thì 9 năm có bão lụt lớn Mùa khô từ tháng I đến tháng VIII,với 5 tháng có nhiệt độ trung bình trên 25oC Nóng nhất là các tháng VI, VII Nhiệt độ tốicao tuyệt đối lên đến 42,2oC, xảy ra vào tháng VII Mùa khô nắng gắt, có gió Tây (gióLào), xuất hiện từ tháng III ñến tháng VIII, nhiều nhất là vào tháng VII, trung bình mỗiđợt kéo dài hơn 10 ngày, thời tiết khô nóng, lượng bốc hơi lớn, gây ra hạn hán nghiêmtrọng

Khí hậu của Quảng Bình, nhìn chung khắc nghiệt Điều đó được thể hiện quachế độ nhiệt, ẩm và tính chất chuyển tiếp của khí hậu Mùa mưa trùng với mùa bão.Tần suất bão nhiều nhất là vào tháng IX (37%) Bão thường xuất hiện từ tháng VII

và kết thúc vào tháng XI Bão kèm theo mưa lớn trong khi lãnh thổ lại hẹp ngang, độdốc lớn nên thường gây ra lũ lụt đột ngột, ảnh hưởng rất nhiều đến hoạt động sản xuất vàđời sống

Rõ ràng thời kỳ ẩm ướt trùng với mùa mưa bão đã hạn chế nhiều đến khả năngtăng vụ và tăng năng suất mùa màng Còn thời kỳ khô đến sớm, lại có gió Tây khô nóng

đã tác động mạnh đến sự trổ bông của cây lúa và sự phát triển của cây công nghiệp và cây

Trong mùa khô, nhiều đoạn suối bị cạn dòng, ở vùng cửa sông, thuỷ triều tăngcường xâm nhập vào đất liền Dòng chảy kiệt kéo dài trung bình tới 8 - 9 tháng (dài nhất

là 10 tháng, ngắn nhất là 7 tháng) Trong mùa kiệt vẫn có mưa và lũ tiểu mãn

Bảng 1.1 Sông và hệ thống sông ở Quảng Bình

T

T

Hệ thống và sông Chiều dài Diện

tích (km2)

Độ cao bình quân lưu vực

Phụ lưu

Mật độ sông suối (km/km2)

km và 4.680 km2), sông Lý Hoà (22 km và 177 km2), sông Dinh (37 km và

212 km2) và sông Nhật Lệ (96 km và 2.647 km2) Lớn nhất là sông Gianh và sông Nhật Lệ

- Hệ thống sông Nhật Lệ:

Đây là hệ thống sông lớn thứ 2 của tỉnh, sau hệ thống sông Gianh Sông Nhật Lệ nhận nước từ 2 con sông chính là sông Kiến Giang và sông Long Đại Đoạn sông mang tên Nhật Lệ được tính từ ngã 3 sông Long Đại (cách cầu Long Đại 1,5 km) về đến cửa Nhật Lệ (Đồng Hới) dài 17 km Nếu tính từ nguồn Kiến Giang về đến cửa Nhật Lệ có chiều dài 96 km Hệ thống sông Nhật Lệ cólưu vực rộng 2.647 km2 Hệ thống sông bao gồm 24 phụ lưu vực

45 km2, bình quân sông, suối trong lưu vựa có chiều dài 0,84 km/km2.[6, 16]

- Sông Kiến Giang:

Là hợp lưu của nhiều nguồn sông suối phát nguyên từ vùng núi phía Tây - Nam huyện Lệ Thủy đổ về phường Luật Sơn (xã Trường Thủy, Lệ

Thủy) chảy theo hướng Nam Bắc Từ đây, sông chảy theo hướng Tây Đông Bắc, về đến ngã ba Thượng Phong, sông chảy theo hướng Đông Nam-Tây Bắc, đến đoạn ngã ba Phú Thọ (An Thủy, Lệ Thủy), sông đón nhận thêm nước của sông Cẩm Ly (chảy từ hướng Tây đổ về), tiếp tục chảy theo hướng trên, băng qua cánh đồng trũng huyện Lệ Thủy (đoạn này sông rất hẹp) Sắp hết đoạn đồng trũng huyện Lệ Thủy để vào địa phận huyện Quảng Ninh, sông được mở rộng và chảy băng qua phá Hạc Hải (có chiều dài gần 2km) về đến

Nam-xã Duy Ninh (Quảng Ninh), sông tiếp tục chảy ngược về hướng Tây đến ngã

ba Trần Xá thì hợp lưu với sông Long Đại đổ nước vào sông Nhật Lệ Sông kiến Giang có độ dốc nhỏ

- Sông Long Đại:

Đây là hợp lưu của 3 phụ lưu chính Nhánh phía Bắc phát nguyên từ vùng núiCô-Ta-Rum trên biên giới Việt Lào, chảy trọn trong vùng địa hình Karst của Bố Trạch

và đến động Hiềm (gần bến Tiêm huyện Quảng Ninh) thì gặp sông Long Đại Trước khi

đổ nước vào sông Nhật Lệ, sông Long Đại còn đón thêm nước ở hai phụ lưu là Rào Trù

và Rào Đá (xã Trường Xuân, Quảng Ninh) Ba nhánh sông đầu nguồn của sông LongĐại nằm trong một vùng núi có lượng mưa khá lớn, nên về mùa lũ con sông này nướclên rất lớn và dữ Sông Long Đại không lớn bằng sông Gianh nhưng cường độ cấpnước lũ ngang với sông Gianh (70-85m3/s/km2)

1.2 Tình hình lũ lụt trên hệ thống sông Nhật Lệ

Tại hạ lưu sông Nhật Lệ mỗi khi đến mùa mưa lũ thì việc tiêu thoát lũ tại đây xảy ra rất chậm và gặp nhiều khó khăn do nhiều nguyên nhân kết hợp với nhau tạo nên Mùa mưa chính lệch về cuối hè sang thu và kéo đến đầu đông với lượng mưa rất lớn là do ảnh hưởng của các hình thái gây mưa như gió mùa đông bắc kết hợp với các nhiễu động gây mưa lớn trên diện rộng như bão, áp thấp nhiệt đới, hội tụ nhiệt đới, (do có vị trí gần biển nên chịu ảnh hưởng rất lớn của các cơn bão) dẫn đến thừa nước, thậm chí gây lũ lụt, úng ngập tại hạ lưu Lượng mưa chiếm 65-70% lượng mưa cả năm nên lưu lượng

nước trong mùa mưa này chiếm 70-80% lượng nước cả năm Hơn nữa mùa mưa lại trùng vào với thời kỳ không khí ẩm và thời gian hoạt động các khối không khí lạnh cực đối biến tính, trong các tháng này độ ẩm tháng đạt 85 -90% nên bầu trời lãnh thổ đầy mây và mưa Những tháng mùa Đông là thời

kỳ ẩm do khối không khí lạnh biến tính khi đi qua biển đã mang theo hơi nước gây mưa

Với một lượng nước lớn gây nên những cơn lũ lớn như vậy, thì tại khu vực nghiên cứu (KVNC) lại có địa hình bề ngang khá hẹp, nơi hẹp nhất là khoảng 45kmbên phía tây lại có vùng núi trung bình thấp nên sông ở đây vừa ngắn lại vừa dốc đã tạo điều kiện để tập trung nhanh lượng nước hình thành những cơn lũ nhanh chóng đổ về hạ lưu Còn tại hạ lưu nơi cuối nguồn của con sông, như tại các nơi khác sau khi nhận nước từ thượng nguồn thì sẽ chảy thẳng ra biển bằng nhiều cửa sông (sông Cửu Long ) Nhưng tại đây, sau khi nhận được 1 lượng nước khổng lồ tại thượng nguồn đổ về với tốc độ khá nhanh thì nó không thể đổ thẳng ra biển vì gặp phải một dãy cồn cát khá cao (30- 40m) chạy song song với bờ biển như một con đê chắn lũ đã ngăn dòng chảy đổ thẳng ra biển mà buộc nó uốn khúc chảy dọc theo dãy cồn cát, và chỉ

có một cửa thoát duy nhất là cửa Nhật Lệ Sự xuất hiện của hệ thống cồn cát này là một yếu tố địa hình bất lợi nhiều mặt Dưới tác động của gió, hiện tượng cát bay, cát chảy đã làm cho các cồn cát tiến dần về phía lục địa, thu hẹp đồng bằng, làm tăng tình trạng úng lụt vùng cửa sông Nhật Lệ

Như vậy sau khi nước tập trung ở hạ lưu gây ra ngập lụt thì thời gian tiêu thoát nước, ngập úng trở nên khó khăn hơn Mưa lớn gây ngập úng ngập thì tại cửa thoát lũ duy nhất của KVNC, tại cửa biển Nhật Lệ thì khi bão về còn kèm theo nước dâng sinh do cơ chế hiệu ứng nước dồn khi gió thổi mạnh (trong mùa này sóng dâng cao từ 4,5- 6.0m đo tại Cồn Cỏ) Khi mùa lũ đến, dòng chảy sông lấn át dòng triều, nhưng khi triều lên thì dòng lũ và dòng triều ngược nhau sẽ gây ra hiện tượng nước dồn ứ trong khu vực cửa sông Trong mùa lũ, dòng chảy sông ngòi tăng lên nhanh, tỷ lệ giữa thời gian chảy ngược

và chảy xuôi giảm mạnh và biến mất hoàn toàn khi có dòng lũ lớn Ngoài ra

khi bão đổ bộ vào đất liền thường kèm theo hiện tượng nước dâng, mùa mưa trùng với mùa bão, dòng lũ từ sông chảy ra va nước dâng từ biển chảy vào gây dồn ứ nước tại cửa sông, làm cho việc tiêu thoát lũ càng khó khăn và chậm trễ

Ngoài ra, thời gian tiêu thoát lũ chậm gây rất nhiều thiệt hại không chỉ

bị quyết định bởi điều kiện địa lý tự nhiên mà còn do điều kiện kinh tế xã hội cũng ảnh hưởng tới nó Khi nước lũ tràn về và gây ngập úng thì chính những điều kiện kinh tế này cũng góp phần làm tăng thêm tình trang ngập úng Ở các huyện Quảng Ninh, Lệ Thủy và thành phố Đồng Hới có mật độ dân số khá lớn và tập trung nhiều dân cư Họ sinh sống ở 2 bên bờ sông Nhật Lệ, đặc biệt

là ở Đồng Hới tập trung mật độ dân số cao nhất tỉnh Việc tập trung dân cư đông đúc với mật độ cao ở hai bên bờ sông Nhật Lệ cũng gây khó khăn cho việc thoát lũ của Nhật Lệ Những công trình xây dựng như nhà cửa, đê điều làm cản dòng chảy khi lũ về

Dân cư sinh sống hai bên bờ sông đã phát triển nghề nuôi trồng thủy sản khá mạnh, hoạt động kinh tế này trực tiếp làm biến đổi, thay đổi dòng sông, lấy nước, xây các hồ nuôi tôm cá trên sông Đặc biệt tại Đồng Hới, các khu công nghiệp, dân số, các cơ sở kinh doanh tập trung dày đặc hai bên bờ sông cũng gây cản trở rất lớn cho dòng chảy vì bị ngăn cản khá nhiều, làm cho dòng chảy chậm hơn, tăng thời gian úng ngập tại đồng bằng Mặt khác đời sống dân cư ở đây còn nghèo làm cho các công trình phục vụ dân sinh và sản xuất kém chất lượng không đủ độ bền vững, và rất sơ sài dễ bị phá huỷ khi có thiên tai bão - lũ Chính các vật liệu từ các công trình dân sinh này đã làm gia tăng, thậm chí trực tiếp gây ra bồi lấp luồng lạch sông Nhật Lệ

Hệ thống đường giao thông vận tải đường bộ, đường sắt và đường thủy nội địa có hướng vuông góc với dòng chảy của sông nên làm giảm khả năng tiêu thoát nước, nhất là tuyến đường Quốc lộ 1A và đường sắt Bắc - Nam, chúng trở thành các tuyến đê ngăn cản đường tiêu thoát lũ Nếu như không có các tuyến đường này thì dòng chảy không bị ngăn cản nhưng giờ dòng chảy phải vượt qua những tuyến đường có tác động như những con đê chắn lũ, và

một phần nước bị chúng giữ lại làm cho tình trạng úng ngập càng thêm trầm trọng Tạiđây cũng có rất nhiều công trình thủy lợi được xây dựng để phục vụ đời sống cũng nhưsản xuất nông nghiệp

Cụ thể đầu tiên là đập Mỹ Trung sau khi đi vào hoạt động đã làm xuất hiện khá nhiều bãi nổi, bãi cạn nằm so le, những bãi này cũng làm cho dòng chảy bị ngăn cản chậm lại Các hồ chứa khá nhiều nhưng đa số là với dung tích nhỏ chỉ chủ yếu nhằm phục vụ cho việc tưới tiêu vào mùa khô còn để phòng chống lũ thì với dung tích nhỏ như vậy lại đứng trước những cơn lũ lớn, trong khi đó hai hồ chứa lớn là An Mã và Cẩm Ly lại nằm ở đầu nguồn nên việc làm giảm lượng nước, tiêu thoát lũ không có tác dụng ở hạ lưu

Ngoài ra hệ thống đê điều của KVNC nằm trong vùng trũng của dải địa hình hẹp nhất Trung bộ và cả nước, lượng mưa lớn và lượng dòng chảy tập trung nhanh nên khu vực đồng bằng hạ du sông Nhật Lệ thường bị ngập úng Khi lũ tiểu mãn xuất hiện hay những khi lũ ít thì việc chống ngập úng là hoàn toàn được Nhưng khi lũ lớn thì hệ thống đê này lại hoàn toàn ngập trong nước và cũng góp phần làm cho việc tiêu thoát lũ trở nên khó khăn, tăng tình trạng ngập úng tại hạ lưu sông Nhật Lệ

2 Mô hình thủy văn, thủy lực tính toán ngập lụt

2.1 Các mô hình m a- dòng ch yưa- dòng chảy ảy

- Mô hình Ltank: do PGS TS Nguyễn Văn Lai đề xuất năm 1986 và Th.S NghiêmTiến Lam chuyển về giao diện máy tính trên ngôn ngữ Visual Basic, là phiên bản cảitiến từ mô hình Tank gốc của tác giả Sagawara (1956) Mô hình toán mưa rào dòngchảy dựa trên quá trình trao đổi lượng ẩm giữa các tầng mặt, ngầm, và bốc hơi Môhình ứng dụng tốt cho lưu vực vừa và nhỏ

- Mô hình HEC-HMS: Do trung tâm thủy văn kỹ thuật quân đội Hoa Kỳ phát triển từ

mô hình HEC-1, mô hình có những cải tiến đáng kể cả về kỹ thuật tính toán và khoahọc thủy văn thích hợp với các lưu vực sông vừa và nhỏ Là dạng mô hình tính toánthủy văn được dùng để tính dòng chảy từ số liệu đo mưa trên lưu vực Trong đó cácthành phần mô tả lưu vực sông gồm các công trình thủy lợi, các nhánh sông

Kết quả của Hec-HMS được biểu diễn dưới dạng sơ đồ, biểu bảng tường minhrất thuận tiện cho người sử dụng Ngoài ra, chương trình có thể liên kết với cơ sở dữliệu dạng DSS của mô hình thủy lực Hec-RAS

- Mô hình NAM: được xây dựng 1982 tại khoa thủy văn viện kỹ thuật thủy động lực

và thủy lực thuộc đại học kỹ thuật Đan Mạch Mô hình dựa trên nguyên tắc các bểchứa theo chiều thẳng đứng và hồ chứa tuyến tính Mô hình tính quá trình mưa - dòngchảy theo cách tính liên tục hàm lượng ẩm trong năm bể chứa riêng biệt tương tác lẫnnhau

Các mô hình thủy văn trên đây cho kết quả là các quá trình dòng chảy tại cácđiểm khống chế (cửa ra lưu vực) vì vậy tự thân chúng đứng độc lập chưa đủ khả năng

để đưa ra các thông tin về diện tích và mức độ ngập lụt mà phải kết hợp với một số cáccông cụ khác như GIS, hoặc là biên cho các mô hình thủy động lực 1-2 chiều khác 2.2 Mô hình th y l c: ủy lực: ực:

- Mô hình VRSAP: tiền thân là mô hình KRSAL do cố PGS.TS Nguyễn Như Khuêxây dựng và được sử dụng rộng rãi ở nước ta trong vòng 25 năm trở lại đây Đây là môhình toán thuỷ văn-thuỷ lực của dòng chảy một chiều trên hệ thống sông ngòi có nốivới đồng ruộng và các khu chứa khác Dòng chảy trong các đoạn sông được mô tảbằng hệ phương trình Saint-Venant đầy đủ Các khu chứa nước và các ô đồng ruộngtrao đổi nước với sông qua cống điều tiết Do đó, mô hình đã chia các khu chứa và các

ô đồng ruộng thành hai loại chính Loại kín trao đổi nước với sông qua cống điều tiết,loại hở trao đổi nước với sông qua tràn mặt hay trực tiếp gắn với sông như các khuchứa thông thường Tuy nhiên mô hình VRSAP không phải là một mô hình thươngmại, mà là mô hình có mã nguồn mở chỉ thích hợp với những người có sự am hiểu sâu rộng về kiến thức mô hình; Còn đối với công tác dự báo, cảnh báo nhanh cho một khuvực cụ thể, nhất là khu vực miền Trung thì mô hình tỏ ra chưa phù hợp

- Mô hình KOD-01 và KOD-02 của GS.TSKH Nguyễn Ân Niên phát triển dựa trên kếtquả giải hệ phương trình Saint-Venant dạng rút gọn, phục vụ tính toán thủy lực, dựbáo lũ

- Mô hình WENDY: do Viện thủy lực Hà Lan (DELFT) xây dựng cho phép tính thủylực dòng chảy hở, xói lan truyền, chuyển tải phù sa và xâm nhập mặn

- Mô hình HEC-RAS: do Trung tâm Thủy văn kỹ thuật quân đội Hoa Kỳ xây dựngđược áp dụng để tính toán thủy lực cho hệ thống sông Phiên bản mới hiện nay đãđược bổ sung thêm modul tính vận chuyển bùn cát và tải khuếch tán Mô hình HEC-RAS được xây dựng để tính toán dòng chảy trong hệ thống sông có sự tương tác 2chiều giữa dòng chảy trong sông và dòng chảy vùng đồng bằng lũ Khi mực nướctrong sông dâng cao, nước sẽ tràn qua bãi gây ngập vùng đồng bằng, khi mực nướctrong sông hạ thấp nước sẽ chảy lại vào trong sông

- Họ mô hình MIKE: do Viện thủy lực Đan mạch (DHI) xây dựng được tích hợp rấtnhiều các công cụ mạnh, có thể giải quyết các bài toán cơ bản trong lĩnh vực tàinguyên nước Tuy nhiên đây là mô hình thương mại, phí bản quyền rất cao nên khôngphải cơ quan nào cũng có điều kiện sử dụng + MIKE 11: là mô hình một chiều trênkênh hở, bãi ven sông, vùng ngập lũ, trên sông kênh có kết hợp mô phỏng các ô ruộng

mà kết quả thuỷ lực trong các ô ruộng là “giả 2 chiều” MIKE 11 có một số ưu điểmnổi trội so với các mô hình khác như: (i) liên kết với GIS, (ii) kết nối với các mô hìnhthành phần khác của bộ MIKE ví dụ như mô hình mưa rào-dòng chảy NAM, mô hìnhthuỷ động lực học 2 chiều MIKE 21, mô hình dòng chảy nước dưới đất, dòng chảytràn bề mặt và dòng bốc thoát hơi thảm phủ (MIKE SHE), (iii) tính toán chuyển tảichất khuyếch tán, (iv) vận hành công trình, (v) tính toán quá trình phú dưỡng…

Hệ phương trình sử dụng trong mô hình là hệ phương trình Saint-Venant mộtchiều không gian, với mục đích tìm quy luật diễn biến của mực nước và lưu lượng dọctheo chiều dài sông hoặc kênh dẫn và theo thời gian Mô hình MIKE 11 đã được ứngdụng tính toán rộng rãi tại Việt Nam và trên phạm vi toàn thế giới Tuy nhiên MIKE

11 không có khả năng mô phỏng tràn bãi nên trong các bài toán ngập lụt MIKE 11chưa mô phỏng một cách đầy đủ quá trình nước dâng từ sông tràn bãi vào ruộng vàngược lại Để cải thiện vấn đề này bộ mô hình MIKE có thêm mô hình thủy lực haichiều MIKE 21 và bộ kết nối MIKE FLOOD

+ MIKE 21 & MIKE FLOOD: Là mô hình thuỷ động lực học dòng chảy 2 chiều trênvùng ngập lũ đã được ứng dụng tính toán rộng rãi tại Việt Nam và trên phạm vi toànthế giới Mô hình MIKE21 HD là mô hình thuỷ động lực học mô phỏng mực nước vàdòng chảy trên sông, vùng cửa sông, vịnh và ven biển Mô hình mô phỏng dòng chảykhông ổn định hai chiều ngang đối với một lớp dòng chảy

MIKE21 HD có thể mô hình hóa dòng chảy tràn với nhiều điều kiện được tính đến,bao gồm:

o Ngập và tiêu nước cho vùng tràn o Tràn bờ

o Dòng qua công trình thuỷ lợi

o Thuỷ triều

o Nước dâng do mưa bão

Phương trình mô phỏng bao gồm phương trình liên tục kết hợp với phươngtrình động lượng mô tả sự biến đổi của mực nước và lưu lượng Lưới tính toán sửdụng trong mô hình là lưới hình chữ nhật

Tuy nhiên MIKE 21 nếu độc lập cũng khó có thể mô phỏng tốt quá trình ngậplụt tại một lưu vực sông với các điều kiện ngập thấp Để có thể tận dụng tốt các ưuđiểm và hạn chế những khuyết điểm của cả hai mô hình một chiều và hai chiều trên,DHI đã cho ra đời một công cụ nhằm tích hợp (coupling) cả hai mô hình trên; đó làcông cụ MIKE FLOOD

MIKE FLOOD là một công cụ tổng hợp cho việc nghiên cứu các ứng dụng vềvùng bãi tràn và các nghiên cứu về dâng nước do mưa bão Ngoài ra, MIKE FLOODcòn có thể nghiên cứu về tiêu thoát nước đô thị, các hiện tượng vỡ đập, thiết kế côngtrình thuỷ lợi và ứng dụng tính toán cho các vùng cửa sông lớn MIKE FLOOD được

sử dụng khi cần có sự mô tả hai chiều ở một số khu vực (MIKE 21) và tại những nơicần kết hợp mô hình một chiều (MIKE 11) Trường hợp cần kết nối một chiều vàhai chiều là khi cần có một mô hình vận tốc chi tiết cục bộ (MIKE21) trong khi sự thayđổi dòng chảy của sông được điều tiết bởi các công trình phức tạp (cửa van, cống điều

tiết, các công trình thuỷ lợi đặc biệt ) mô phỏng theo mô hình MIKE11 Khi đó môhình một chiều MIKE11 có thể cung cấp đều kiện biên cho mô hình MIKE21 (vàngược lại)

- Bộ mô hình MIKE11 và MIKE11- GIS của viện thuỷ lực Đan Mạch (DHI) sử dụng

để xây dựng bản đồ ngập lụt cho vùng hạ lưu sông MIKE11-GIS là bộ công cụ mạnhtrong trình bày và biểu diễn về mặt không gian và thích hợp công nghệ mô hình bãingập và sông của MIKE11 cùng với khả năng phân tích không gian của hệ thốngthông tin địa lý trên môi trường ArcGIS 9.1

Mike11-GIS có thể mô phỏng diện ngập lớn nhất, nhỏ nhất hay diễn biến từ lúcnước lên cho tới lúc nước xuống trong một trận lũ Độ chính xác của kết quả tính từ

mô hình và thời gian tính toán phụ thuộc rất nhiều vào độ chính xác của DEM Nó chobiết diện ngập và độ sâu tương ứng từng vùng nhưng không xác định được hướngdòng chảy trên đó

- Mô hình MIKE SHE: Mô hình toán vật lý thông số phân bổ mô phỏng hệ thống tổnghợp dòng chảy mặt- dòng chảy ngầm lưu vực sông Mô phỏng biến đổi về lượng vàchất hệ thống tài nguyên nước Bao gồm dòng chảy trong lòng dẫn, dòng chảy tràn bềmặt, dòng chảy ngầm tầng không áp, dòng chảy ngầm tầng có áp, dòng chảy tầngngầm chuyển tiếp giữa tầng có áp và tầng không áp, bốc thoát hơi từ tầng thảm phủ,truyền chất, vận chuyển bùn cát Ứng dụng thực tiễn: Đã được ứng dụng tính toán rộngrãi trên phạm vi toàn thế giới Ở Việt Nam MIKE SHE được ứng dụng mô phỏng dòng

hệ thống dòng chảy ngầm mặt lưu vực

Qua thực tế của việc sử dụng các mô hình thủy văn và thủy lực hiện nay trênthế giới và tại Việt nam; với mong muốn mô phỏng một cách chính xác nhất quá trìnhngập lụt trong khu vực nghiên cứu, tác giả nhận thấy bộ mô hình MIKE - FLOOD củaViện thủy lực Hà Lan có thể đáp ứng được yêu cầu xây dựng bản đồ ngập lụt cho khuvực nghiên cứu do các lý do sau đây:

Bộ mô hình MIKE bao gồm: mô hình thủy văn MIKE NAM, dùng để tính toán cácbiên đầu vào cho mô hình thủy lực một chiều MIKE 11, cũng như biên gia nhập khugiữa cho mô hình thủy lực hai chiều MIKE 21 Mô hình thủy lực một chiều MIKE 11

mô phỏng dòng chảy một chiều trong sông và mô hình hai chiều MIKE 21 mô phỏngdòng chảy hai chiều ngang tràn bãi Bộ mô hình này rất phù hợp để mô phỏng ngập lụttại lưu vực sông Nhật Lệ nơi thường xuyên xảy ra các trận lũ từ nhỏ đến lớn

Điều kiện số liệu đo đạc trong khu vực rất hạn chế do nhiều nguyên nhân khác nhaunên việc sử dụng mô hình MIKE - NAM để tính toán dòng chảy từ mưa làm biên đầuvào cho mô hình thủy lực là cần thiết

Mô hình MIKE FLOOD là một công cụ tổng hợp cho việc nghiên cứu các ứngdụng về vùng bãi tràn phù hợp cho vùng trũng nghiên cứu, có thể thể hiện được cảmức độ ngập lụt lẫn tốc độ và hướng dòng chảy lũ trong vùng ngập lụt Do vậy, trongluận văn này tác giả quyết định sử dụng mô hình Mike -FLOOD trong bộ mô hìnhMIKE của Viện thủy lực Đan Mạch để liên kết mô hình 1D và 2D diễn toán mô phỏngquá trình lũ trên lưu vực sông Nhật Lệ đoạn khu vực nghiên cứu

2.3 C s lý thuy t mô hình MIKE FLOOD ơ sở lý thuyết mô hình MIKE FLOOD ở lý thuyết mô hình MIKE FLOOD ết mô hình MIKE FLOOD

- Giới thiệu mô hình NAM

Để tính toán quá trình hình thành dòng chảy từ mưa trên các lưu vực sông thì mô hìnhNAM là một công cụ khá mạnh Mô hình quan niệm lưu vực là các bể chứa xếp chồngnhau, trong đó mỗi bể chứa đặc trưng cho một môi trường có chứa các yếu tố gây ảnhhưởng đến quá trình hình thành dòng chảy trên lưu vực, và các bể chứa được liên kếtvới nhau bằng các biểu thức toán học Trong mô hình NAM, mỗi một lưu vực đượcxem như một đơn vị xử lý với các thông số là đại diện cho các giá trị được trung bìnhhóa trên toàn lưu vực Mô hình NAM tính toán quá trình mưa dòng chảy theo cáchtính liên tục hàm lượng ẩm trong các bể chứa riêng biệt tương tác lẫn nhau (hình 2.1)

Mô hình NAM có tổng cộng 19 thông số gồm các thông số về dòng chảy mặt, thông sốbốc hơi, thông số tưới Và theo thực tế tính toán cho thấy chỉ có 5 thông số chính ảnhhưởng mạnh đến quá trình hình thành dòng chảy, đó là Umax; Lmax; CK1,2; CQOF;CQIF